DE4302478C2

DE4302478C2 - Screw drive for fine adjustments

Info

Publication number: DE4302478C2
Application number: DE19934302478
Authority: DE
Inventors: Rainer Rink
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2013-01-30
Also published as: DE4302478A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Gewindetrieb für Feinein stellungen gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a screw drive for fine positions according to the preamble of claim 1.

Solche Gewindegetriebe kommen auf den verschiedensten Einsatzgebieten für Feineinstellungsaufgaben zur Verwendung, bspw. bei Werkzeugmaschinen, Meßgeräten, Robotern, medizinischen Geräten, Feinwerktechnik od. dgl.Such gearboxes come in a wide variety Areas of application for fine-tuning tasks for use, e.g. in machine tools, measuring devices, robots, medical devices, precision engineering or the like

Derartige Gewindetriebe bzw. Spindeltriebe sind bspw. nach der DE-PS 25 02 052 bekannt. Dieser Gewindetrieb weist einen auf der Spindel aufgeschraubten Käfig mit Schlitzen zur Lagehalterung der Rollen auf, die beidseitig an ihren Enden kegelstumpfförmig ausgebildet sind und damit an zwei entsprechend konischen Führungsringen abrollend anliegen, welche Ringe über Axialkugellager und Ringfedern innen im Getriebegehäuse abgestützt sind. Bekannt sind auch zwei andere Arten von Gewindetrieben, wobei die eine Art (US-PS 2 951 390) mit Kugeln arbeitet, die zwischen einer Spindel und einer Mutter angeordnet sind und im Bereich der Mutter durch Umlenkeinrichtungen gehalten werden (Kugelumlaufspindel). Bei der anderen Art (EP 0 331 761) sind der Spindel in einem Gehäuse mehrere Gewinderollen zugeordnet, die mit dem Gewinde der Spindel im Eingriff stehen. Dies bedarf jedoch eines beträchtlichen konstruktiven Aufwandes, da die Rollen als Planetengetriebe im Gehäuse gelagert und der Spindel zu geordnet werden müssen (sogenannter Satelliten-Rollen spindeltrieb). Soweit bekannt, sind jedoch bei diesen be kannten Gewindetrieben Feineinstellungen unter 0,5 mm Steigung, und zwar spielfrei, nicht möglich.Such screw drives or spindle drives are, for example. known from DE-PS 25 02 052. This screw drive has a cage screwed onto the spindle Slits for holding the rolls on both sides are frustoconical at their ends and thus rolling on two corresponding conical guide rings apply which rings about axial ball bearings and Ring springs are supported on the inside in the gear housing. Known are also two other types of lead screws, being a type (US Pat. No. 2,951,390) that works with balls, arranged between a spindle and a nut are and in the area of the mother through deflection devices are held (ball screw). With the other type (EP 0 331 761) there are several of the spindle in one housing Thread rolls assigned to the thread of the spindle are engaged. However, this requires a considerable amount constructive effort because the roles as Planetary gearbox mounted in the housing and the spindle too must be ordered (so-called satellite roles spindle drive). As far as is known, these are, however knew screw drives fine adjustments under 0.5 mm Incline, and without play, not possible.

Ausgehend von einem Getriebe nach der DE-PS 25 02 052 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Lagerung und den Einbau der Rollen einfacher und übersichtlicher zu gestalten, und die Feinverstellung zwischen Spindel und Gehäuse bzw. umgekehrt zwischen Gehäuse und Spindel ohne Zwischenelemente direkt via Rollenkäfig übertragen zu können.Starting from a transmission according to DE-PS 25 02 052 the invention has for its object the storage and the installation of the roles easier and clearer to shape, and the fine adjustment between the spindle and housing or vice versa between housing and spindle Transfer directly via roller cage without intermediate elements to be able to.

Diese Aufgabe ist mit einem Gewindetrieb der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an der Spindel axial hintereinander zwei Rollenkäfige angeordnet und die Rollen mit ihren Lagerzapfen in mit Distanzbüchsen zueinander fixierten Ringen der Rollenkäfige in Kugellagern gelagert sind und zwischen den benachbarten Ringen der beiden Rollenkäfige eine Ringfeder angeordnet ist, die die Rollenkäfige gegen Anschläge des Gehäuses und die mit Spiel in das Feingewinde der Spindel eingreifenden Zähne gegen die des Feingewindes der Spindel verspannt.This task is with a screw drive of the type mentioned Art solved according to the invention in that at the Spindle two roller cages arranged axially one behind the other and the rollers with their journals in with spacer sleeves rings of roller cages fixed to each other in ball bearings are stored and between the neighboring Rings of the two roller cages arranged an annular spring which is the roller cages against stops of the housing and those that engage in the fine thread of the spindle with play Teeth locked against those of the fine thread of the spindle.

In bezug auf den Gewindetrieb gemäß der DE-PS 25 02 052 kommt man bei erfindungsgemäßen Gewindetrieb für die Rollen mit einfachen Käfigen aus, und die Rollen sind unmittelbar selbst in Kugellagern gelagert. Kugeln als Kopplungselemente zwischen Spindel und Führungsnuten sind entbehrlich, und die Rollen haben keine Gewinde, sondern wie beim Gewindetrieb nach der DE-PS 25 02 052 steigungsfrei umlaufende Nuten und Zähne, die aber im Querschnitt dem Gewindeprofil der Spindel entsprechen, wobei der Flankenwinkel der Zähne an den Rollen und der Gewindegänge der Spindel bspw. 60° betragen kann. With regard to the screw drive according to DE-PS 25 02 052 comes with the screw drive according to the invention for the Roll out with simple cages, and the rolls are immediate even stored in ball bearings. Bullets as Coupling elements between the spindle and guide grooves are unnecessary, and the rollers have no threads, but as with the lead screw according to DE-PS 25 02 052, gradient-free circumferential grooves and teeth, but in cross section correspond to the thread profile of the spindle, the Flank angle of the teeth on the rollers and the threads the spindle can be, for example, 60 °.

Da die drehbar in den Käfigen gelagerten Rollen einer seits kein Gewinde haben, sondern nur steigungsfrei um laufende Zähne, andererseits aber die Zähne mit dem Ge winde der Spindel im Eingriff stehen müssen, muß ein aus reichendes Spiel für eine ausreichend tragende Eingriffs tiefe der Rollenzähne vorhanden sein.Because the rollers are rotatably mounted in the cages have no thread on the one hand, but only without pitch running teeth, but on the other hand the teeth with the Ge winch of the spindle must be engaged, one must go out sufficient play for a sufficiently load-bearing intervention depth of the roller teeth.

Dieses erforderliche Spiel wird nun aber durch die Anord nung einer Feder zwischen den beiden Käfigen aufgehoben, die die beiden Käfige unter Vorspannung hält und somit die Spielfreiheit in der einen und anderen Drehrichtung der Spindel gewährleistet. Tragend ist also in der einen oder anderen Richtung immer nur der eine oder andere Kä fig bzw. sind dessen Rollen tragend. Die Federkraft ist beim erfindungsgemäßen Gewindetrieb primär maßgebend für die Kraft, mit der die Feineinstellung vorgenommen werden kann.This game is now required by the arrangement a spring between the two cages, which keeps the two cages under tension and thus the freedom of play in one and the other direction of rotation the spindle ensures. So in one is load-bearing or other direction only one or the other cheese fig or are its roles. The spring force is in the lead screw according to the invention primarily for the force with which the fine adjustment is made can.

Die Maßgabe, daß die zueinander parallelen Nuten und Zähne der Rollen in bezug auf ihre Horizontale in Abhän gigkeit der Umfangszuordnung der Rollen zur Spindel ent sprechend höhenversetzt angeordnet sein müssen, ergibt sich daraus, daß die Rollen im Käfig bspw. mit 120° (bei drei Rollen) versetzt angeordnet sind und deren Zähne aufgrund der Steigung des Spindelgewindes entsprechend dieser Steigung jeweils an einer höher gelegenen Stelle am Spindelgewinde im Eingriff stehen. The requirement that the mutually parallel grooves and Teeth of the rollers in relation to their horizontal depending of the circumferential assignment of the rollers to the spindle ent must be arranged at different heights from the fact that the rollers in the cage, for example, with 120 ° (at three rollers) are staggered and their teeth due to the pitch of the spindle thread this slope at a higher point are engaged on the spindle thread.

Die Ausführungsform mit zwei Käfigen wird zwar bevorzugt, da hierbei in beiden Drehrichtungen die gleiche Belastung aufgenommen werden kann. Wenn aber der Belastung in nur einer Richtung Rechnung zu tragen ist, muß nur der Spiel freiheit für diese Richtung Rechnung getragen werden, d. h., in solchen Fällen kann vorteilhaft statt des einen Käfigs lediglich ein Widerlager im dann entsprechend kür zer bemessenen Gehäuse vorgesehen werden, zwischen dem und dem verbliebenen Käfig die Feder angeordnet ist.The embodiment with two cages is preferred, since the same load in both directions of rotation can be included. But if the load in only one direction has to be taken into account, only the game freedom in this direction is taken into account, d. that is, in such cases it may be advantageous to use one instead of one Cage only an abutment in the then short zer sized housing are provided between the and the remaining cage, the spring is arranged.

Der erfindungsgemäße Gewindetrieb und weitere vorteil hafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The screw drive according to the invention and further advantage sticky configurations are based on the graphic representation of an embodiment explained in more detail.

Es zeigt schematischIt shows schematically

Fig. 1 einen Schnitt durch den Gewindetrieb; FIG. 1 is a section through the screw drive;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gewindetrieb gemäß Fig. 1 und Fig. 2 is a plan view of the screw drive according to FIGS. 1 and

Fig. 3 stark vergrößert die Zuordnung der Zähne und Nuten zu einem Gewindegang der Spindel zur Ver deutlichung des Höhenversatzes von drei um je weils 120° versetzt angeordneten Rollen im Käfig. Fig. 3 greatly increases the assignment of the teeth and grooves to a thread of the spindle for Ver clarification of the height offset of three by 120 ° each arranged rollers in the cage.

Der Gewindetrieb besteht aus einer Spindel 1 mit spitzem Feingewinde 2 geringer Steigung, die zwischen mindestens drei mit dem Feingewinde 2 im Eingriff stehenden, in ei nem Gehäuse 3′ drehbar gelagerten Rollen 4 geführt ist.The screw drive consists of a spindle 1 with a fine fine thread 2 low pitch, which is guided between at least three with the fine thread 2 in engagement, in egg nem housing 3 'rotatably mounted rollers 4 .

Für diesen Gewindetrieb ist nun wesentlich, daß an der Spindel 1 axial hintereinander zwei Rollenkäfige 5 mit mindestens je drei parallel der Spindel 1 zugeordneten Rollen 4 und die beiden Käfige 5 unter Anordnung einer Feder 6 zwischen den Käfigen 5 in einem Gehäuse 3′ axial fixiert sind. Die Rollen 4 sind dabei auf ihrer Umfangs fläche F, dem Feingewinde 2 der Spindel 1 entsprechend, mit mehreren steigungsfrei senkrecht zur Rollenachse 4′ umlaufenden Nuten 7 und Zähnen 8 versehen, die in bezug auf die Horizontale H in Abhängigkeit der Umfangszuord nung der Rollen 4 zur Spindel 1 entsprechend höhenver setzt angeordnet (siehe Fig. 3) sind. Dies ist auf einfache Weise beim Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß die Rollen mit entsprechend unterschiedlich hohen Sockeln 14 versehen sind, die in bezug auf ihre Anordnung im Käfig ihre Anordnung am federfernen Ende des jeweiligen Käfigs 5 finden.For this screw drive it is now essential that on the spindle 1 axially one after the other two roller cages 5 with at least three parallel to the spindle 1 assigned rollers 4 and the two cages 5 with the arrangement of a spring 6 between the cages 5 in a housing 3 'are axially fixed . The rollers 4 are on their circumferential surface F, the fine thread 2 of the spindle 1 accordingly, provided with several pitch-free perpendicular to the roller axis 4 'circumferential grooves 7 and teeth 8 , the relation to the horizontal H depending on the circumference assignment of the rollers 4th to the spindle 1 accordingly heights are arranged (see Fig. 3). This is achieved in a simple manner in the exemplary embodiment in that the rollers are provided with bases 14 of different heights, which are arranged in relation to their arrangement in the cage at the spring-distant end of the respective cage 5 .

Um die Montage und auch Fertigung möglichst einfach zu gestalten, ist jeder der beiden Käfige 5 aus einem oberen und einem unteren Ring 9, 9′ gebildet und die beiden Ringe 9, 9′ sind mit von Schrauben 10 durchgriffenen Büchsen 11 auf Distanz gehalten. In order to make assembly and production as simple as possible, each of the two cages 5 is formed from an upper and a lower ring 9 , 9 'and the two rings 9 , 9 ' are held at a distance by bushes 11 penetrated by screws 10 .

Bei der Feder 6 handelt es sich zweckmäßig um eine han delserhältliche Ringfeder, dessen Ringfederblatt gewellt ausgebildet ist, was nur schematisch angedeutet ist.The spring 6 is expediently a commercially available ring spring, the ring spring leaf of which is corrugated, which is only indicated schematically.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind, was unter Bezug auf Fig. 2 deutlicher wird, in jedem Käfig in paralleler Eingriffszuordnung zur Spindel 1 drei um 120° zueinander versetzte Rollen 4 angeordnet und ferner drei Distanzbüchsen 10, die mit Schrauben, wie in Fig. 1 dar gestellt, zwischen den Ringen 9, 9′ verspannt sind.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, which becomes clearer with reference to FIG. 2, in each cage in parallel engagement assignment to the spindle 1 there are three rollers 4 offset by 120 ° to one another and also three spacer sleeves 10 which are fastened with screws, as in FIG Depicted. 1, are clamped between the rings 9, 9 '.

Das die beiden Käfige 5 und deren mittige Feder 6 um schließende Gehäuse 3 ist an einem Ende mit einem ein setzbaren Halte- und Federspannring 13 versehen, d. h., die Feder 6 erhält ihre erforderliche Vorspannung vom entsprechend mehr oder weniger tief in das Gehäuse 3 bspw. einschraubbaren Halte- und Federspannring 13. Wie ersichtlich, sind die Rollen 4 mit Lagerzapfen 15 verse hen und diese in Kugellagern 16 in den Ringen 9, 9′ gelagert.The two cages 5 and their central spring 6 to close housing 3 is provided at one end with a settable holding and spring clamping ring 13 , ie, the spring 6 receives its required bias from the correspondingly more or less deep into the housing 3, for example. screw-in retaining and spring clamping ring 13 . As can be seen, the rollers 4 hen with journals 15 and these are mounted in ball bearings 16 in the rings 9 , 9 '.

Aus Platzgründen - ein solcher Gewindetrieb kann bspw. bezüglich seines Gehäusedurchmessers durchaus einen Durchmesser von nur 10 mm haben! - ist der Kreis 17, auf dem die Rollen 4 mit ihren Achsen 4′ gelagert sind, klei ner als der Kreis 18, auf dem die Achsen 10′ der Schrau ben 10 angeordnet sind. For reasons of space - such a screw drive can, for example, have a diameter of only 10 mm with regard to its housing diameter! - Is the circle 17 on which the rollers 4 with their axes 4 'are mounted smaller than the circle 18 on which the axes 10 ' of the screw ben 10 are arranged.

Nicht dargestellt, da ohne weiteres vorstellbar, ist eine Ausführungsform derart, daß bei Feineinstellungsbelastung in nur einer Richtung statt des einen Käfigs 5 dem verbleibenden Käfig 5 ein Widerlager am Gehäuse 3 zu geordnet ist, zwischen dem und dem Käfig 5 die Feder 6 mit Wirkrichtung gegen die Einstellungsbelastungsrichtung angeordnet ist.Not shown, since it is readily conceivable, an embodiment is such that, in the case of fine adjustment loading in only one direction, instead of the one cage 5, the remaining cage 5 is assigned an abutment on the housing 3 , between which and the cage 5 the spring 6 counteracts the direction of action the setting load direction is arranged.

Claims

1. Screw drive for fine adjustments, consisting of a spindle ( 1 ) with a thread ( 2 ) with a small pitch, which is arranged centrally in a housing ( 3 ) and which rotates in a cage ( 5 ) between rollers that are engaged with the thread ( 2 ) ( 4 ) is guided, the rollers ( 4 ) which are axially parallel to the spindle ( 1 ) on their circumferential surface (F), the thread ( 2 ) of the spindle ( 1 ) correspondingly having a plurality of grooves ( 7 ) which run circumferentially free of pitch perpendicular to the roller axis ( 4 ′). and teeth ( 8 ) are provided which are arranged correspondingly offset in height with respect to the horizontal (H) depending on the circumferential assignment of the rollers ( 4 ) to the spindle ( 1 ), characterized in that two roller cages are arranged axially one behind the other on the spindle ( 1 ) (5) and the rollers (4) are mounted with their journals (15) with distance sleeves (11) mutually fixed rings (9, 9 ') of the roller cages (5) in bearings (16) and ben between the adjacent rings ( 9 , 9 ') of the two roller cages ( 5 ) an annular spring ( 6 ) is arranged, the roller cages ( 5 ) against stops ( 12 , 13 ) of the housing ( 3 ) and with play in the fine thread ( 2 ) the spindle ( 1 ) engaging teeth ( 8 ) against those of the fine thread ( 2 ) of the spindle ( 1 ) braced.

2. Screw drive according to claim 1, characterized in that each of the two cages ( 5 ) from an upper and a lower ring ( 9 , 9 ') is formed and the rings ( 9 , 9 ') with screws ( 10 ) through rifles ( 11 ) are kept at a distance.

3. Screw drive according to claim 1 or 2, characterized in that the spring ( 6 ) is ausgebil det in the form of an annular spring.

4. Screw drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing ( 3 ) is provided at one end with an impact ring collar ( 12 ) and at the other end with an insertable retaining and spring clamping ring ( 13 ).

5. Screw drive according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rollers ( 4 ) are provided in accordance with their circumferential assignment to the spindle ( 1 ) with corresponding differently high bases ( 14 ).

6. Screw drive according to one of claims 1 to 5, characterized in that in each cage three 120 ° offset rollers ( 4 ) and in between three also 120 ° offset di punch bushings ( 11 ) are arranged.

7. Screw drive according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rollers ( 4 ) with bearing journals ( 15 ) and these are mounted in ball bearings ( 16 ) in the rings ( 9 , 9 ').

8. Screw drive according to one of claims 1 to 7, characterized in that the circle ( 17 ) on which the rollers ( 4 ) with their axes ( 4 ') are mounted is smaller than the circle ( 18 ) on which the Axes ( 10 ') of the screws ( 10 ) are arranged.

9. Screw drive according to one of claims 1 to 8, characterized in that at fine adjustment load in only one direction Rich instead of one cage ( 5 ) the remaining cage ( 5 ) is assigned an abutment ( 5 ') on the housing ( 3 ), between the and the cage ( 5 ) the spring ( 6 ) with the direction of action against the setting direction is arranged.